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静电平衡

静电平衡是指导体中的电荷处于稳定状态。均匀导体达到静电平衡的条件是导体内部的合场强处处为零。导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。

在金属导体内部有可以任意移动的自由电荷,这些电荷再做无规则热运动。如果无外力作用,整个导体呈电中性。当导体周围加上电场。电荷受到恒定外力时,自由电荷会发生定向移动,导体就会出现一端带正电一端带负电的现象。我们把导体中的电荷在外电场作用下发生重新分布的现象叫做静电感应。导体上因感应而产生的电荷叫做感应电荷。

导体的特点是它具有可以自由移动的电荷,这些自由电荷在电场中受力后会做定向运动,而“静电平衡”指的是导体中的自由电荷所受的力达到平衡而不再做定向运动的状态。

1、处于静电平衡状态的导体其内部场强为零。

2、处于静电平衡的导体,其外部表面附近任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。

3、处于静电平衡状态的整个导体是个等势体,它的表面是个等势面。地球是一个极大的导体,可以认为处于静电平衡状态,所以它是一个等势体。

4、处于静电平衡的导体内部电荷密度处处为零(可由高斯定理证明)。

5、处于静电平衡的导体上电荷只能存在于导体表面。

无论导体是否带电,一旦其处于外电场中,在外电场E的作用下,导体内的自由电子受到电场力的作用,将向着电场的反方向做定向移动,因而产生的感应电荷所附加的感应电场

静电平衡时,导体上的电荷分布有以下三个特点:

1.导体内部没有净电荷,正负净电荷只分布在导体的外表面。

2.导体内部无场强,表面场强垂直于表面且满足E=σ/ε。

3.在导体表面,越尖锐的地方,电荷的密度(单位面积的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有电荷。称为尖端放电现象。


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